Геология и минеральные ресурсы Мирового Океана - Владимир Судариков

Просто поразительно, как за 70-80 лет до появления основополагающих работ по тектонике литосферных плит была нарисована столь близкая к современной модель развития геологических процессов на Земле. Однако идеи О. Фишера опередили свою эпоху и не были по достоинству оценены современниками. К тому же в то время геологи еще так мало знали о строении океанского дна, что фактический материал, подтверждающий гипотезу О. Фишера о важнейшей роли океанической коры в тектонике Земли, практически отсутствовал. Теперь приходится только гадать, насколько быстро пошло бы развитие современной геологии, если бы идеи О. Фишера были оценены его современниками. Но этого не случилось, и вновь вспомнил о его работах лишь Д. Маккензи в 1972 г. (1975), а более подробно их описали К. Риффо и Кс. Ле Пишон в 1976 г. (1979).

Следующий шаг в развитии идей мобилизма сделал выдающийся немецкий геофизик А. Вегенер, опубликовавший в 1912 г. гипотезу дрейфа континентов. В качестве аргументов, свидетельствующих о дрейфе материков и распаде некогда единого супер-континента Пангеи, А. Вегенер (1925) приводил следующие аргументы: необычайное сходство очертаний западных и восточных береговых линий Атлантического океана, однотипность геологического строения смежных материков, окружающих этот океан, общность древней фауны и флоры на разобщенных ныне материках, а также следы почти одновременного (позднепалеозойского) распространения покровного оледенения в Южной Америке, Южной Африке, Индии и Австралии. К сожалению, с трагической смертью А. Вегенера в 1930 г. его смелая гипотеза была предана забвению.

Почему же так произошло и на этот раз? Помимо определенного консерватизма свойственного научному миру (кстати, иногда это бывает вполне оправдано, поскольку защищает науку от принятия легковесных гипотез), главную роль здесь сыграло ошибочное объяснение А. Вегенером механизма дрейфа континентов, тогда как ни один из его геологических аргументов в пользу самой гипотезы дрейфа, никогда опровергнут так и не был. А. Вегенер предполагал, что перемещения материков происходят за счет ротационных сил и приливных взаимодействий Луны с Землей, т.е. благодаря чисто внешним воздействиям, а не внутренним причинам. Элементарная проверка расчетами показала, что подобный механизм на много порядков слабее тех сил, которые могли бы в действительности сместить материки (Джефрис, 1960). Но весь парадокс ситуации состоял в том, что в 20-х годах вместе с ошибочным механизмом вегенеровской гипотезы «за борт выплеснули» и его совершенно правильные аргументы в пользу реальности самого факта существования дрейфа континентов.

Революционным этапом в развитии представлений об истории океанов стало глубоководное бурение их дна. Американское буровое судно «Гломар Челенджер» начало работу в океане в августе 1968 году. Практически оно побывало во всех частях Мирового океана. Позже к этому проекту присоединились и другие страны, в том числе и СССР.

При исследовании мирового океана в большом объеме были задействованы геофизические методы. После проведения комплекса разносторонних исследований Мирового океана по существу открыта новая часть нашей планеты, в 2,5 раза большая, чем все континенты.

Тектонические процессы, протекающие на обширных пространствах Мирового океана, как в настоящее время, так и миллиард лет назад и затрагивающие всю планету, наиболее полно объясняются концепцией тектоники плит (практически в настоящее время всеми признанной), которая в последнее время существенно дополнилась концепцией плюмажей – конвекционных потоков. Концепция тектоники плит пришла на смену прежним представлениям о дрейфе континентов и спрединга океанического дна. При этом допускается, что литосферные плиты состоят, как правило, из участков океанической и континентальной коры. Кроме того, предусматривается, что перемещение плит происходит не вдоль границ Конрада или Мохо, а по низкоскоростному астеносферному слою. С этих позиций литосфера характеризуется большой жесткостью и плотностью и включает в себя как сиаль, так и симу, как континенты, так и дно океанов, т.е. образует единую плиту. Астеносфера настолько мягка по сравнению выше и ниже лежащими оболочками Земли, что плиты могут скользить по ней под действием конвекционных сил.

В настоящее время преобладает конвекционная теория (Сорохтин О.Г.), позволяющая объяснить причину и динамику движения плит. Движущая сила эволюции – гравитационная конвекция в первоначальной однородной массе планеты и дифференциация ядра и мантии. Сорохтин О.Г. продолжил идеи О.Ю. Шмидта и французского ученого 19 века Эли де Бомона. Сгусток из пыли и межзвездного газа постепенно уплотнялся и в большей степени начала сказываться гравитация. Началась геотектоническая история Земли. В результате этого проявилось все многообразие эволюции, тектонические циклы, кора и мантия, океаны, атмосфера, гидросфера и т.д.

Медленный рост железо-никелевого ядра определил глобальную геологию и тектонику Земли. Внешнее ядро состоит из окиси одновалентной фазы железа. Железо в ядре, а выплавленные легкие шлаки движутся наверх. В этом процессе мантия является мешалкой и транспортером.

Полный оборот вещества в мантии – это один тектонический цикл. Всего было 20 таких циклов за всю прошедшую историю Земли и будет еще 7 циклов, пока не прекратится тектоническая жизнь. Это еще 2 млрд. лет. В астеносфере вязкость меньше, поэтому идут горизонтальные движения.

Над пластичной астеносферой кристаллизуются базальты – отсюда начинается литосфера. Над восходящим потоком появляется гигантская трещина, на много тысяч километров прорезая базальты. Эта трещина – та самая ложбина, расположенная в осевой части срединно-океанических хребтов – рифтовая долина, по которой поступает материал мантии, который застывает, наращивая расходящиеся края. Океаническое дно растаскивается в стороны мощными горизонтальными потоками в астеносфере. Оценивая возраст базальтовых порций (пластин), значит оценивается и возраст океана. Возле хребтов базальты естественно моложе.

Рисунок 1 – Геосферы Земли (по К. Оллиеру)

В зонах подъема мантийных струй плиты растаскиваются в стороны, в зонах опускания мантийных струй плиты будут сходиться. Схождение материков и расхождения было много раз. Сейчас обе Америки дрейфуют на Запад, а Евразия – на Восток.

Когда через 2 млрд. лет мантия очистится от железа и окислов, кислород хлынет в атмосферу. Давление будет в тысячу атмосфер. Материки увеличатся, но поверхность будет ровная и океан по ней растечется. Активность затухнет.

1.2 История возникновения и исчезновения океанов и перемещений континентов

Наиболее надежные представления об истории океанов в пределах области развития коры океанического типа мы имеем только для последних 150 млн. лет. Эти данные получены при глубоководном бурении в Тихом, Индийском и Атлантическом океанах. Однако, это не значит, что ранее океаны не существовали. Протоокеаны существовали всегда – и в раннем мезозое, в палеозое, и в докембрии, т.е. с момента появления воды и коры океанического типа.

Рисунок 2 – Оболочки земной коры и верхней мантии (по К. Оллиеру)

Масса воды в гидросфере (и на поверхности земли) постепенно растет, причем со времени 2 млрд. лет назад практически с постоянной скоростью. Современная гидросфера по отношению к массе земной коры соответствует количеству водяного пара, выделяющегося при извержениях (около 3 % массы изверженного материала).

Рисунок 3 – Реконструкция взаимного расположения континентов и океанов в различные геологические эпохи. На этом рисунке вы видите Землю, какой она была в начале полеозоя (около 480 млн. лет назад). Карта построена на ЭВМ по методике, разработанной в Институте океанологии им. П.П. Ширшова АН СССР.

Нижний рисунок – образование рифтовой зоны (по А. Городницкому, 1981)

В соответствии с положениями концепции тектоники плит движение океанических плит в пределах современных средних размеров океанов идет с такой скоростью, что максимальная продолжительность их существования до исчезновения плит в областях субдукции составляет при средней скорости спрединга 3 см/год около 150-160 млн. лет. Сходный возраст имеют и многие пассивные окраины океанов.

Признаки древних-докембрийских и палеозойских океанов обнаружены и на суше. Это – офиолитовые, известково-щелочные и некоторые другие комплексы. Для фанерозоя палеотектонические реконструкции основных элементов геодинамики выполнены Зоненшайном Л.П. и др. Современное взаиморасположение материков возникло в результате длительного их развития, различных по направлению перемещений, столкновений и исчезновения древних океанов.

При движении плит то открывались, то исчезали крупные проливы, соединявшие океаны, менялись системы циркуляции поверхностных и глубинных вод, менялась флора и фауна в океанах и на континентах. Движение плит происходило сложным образом, расширение дна океанов шло по нормали к срединным хребтам с разной скоростью и в разных направлениях, причем для каждого океана оно менялось во времени. Каждая плита находилась под действием многих сил, что приводило к сложной картине суммарных перемещений плит, вызывало значительные напряжения на их границах. В реконструкциях океаническая и континентальная части каждой из плит двигались вместе.